TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS E INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
CATEDRA INTERNACIONAL 2008
ING. CARLOS JULIO COLLAZOS
CONTENIDO
2.1. Introduccin2.2. Clasificacin de los sistemas de tratamiento2.3. Tratamientos preliminares2.4. Tratamientos primarios2.5. Tratamientos secundarios2.6. Tratamiento de lodos
2.1. Introduccin
2.1.1 Situacin del sector en Colombia, Amrica Latina y El Caribe
Porcentaje de Porcentaje de pobreza urbana pobreza urbana por pas en ALCpor pas en ALC
Porcentaje de pobres en reas urbanasPorcentaje de pobres en reas urbanasMs de 60%Ms de 60%
Entre 40 y 60%Entre 40 y 60%
Menos de 40%Menos de 40%
No disponibleNo disponible
POBREZA URBANA Y SANEAMIENTO
Fuente: OMS/OPS
Diagnstico (Fuente: Latinosan 2007)
9 Se estima que el 41% de la poblacin mundial (2600 millones de habitantes) no tiene acceso al saneamiento bsico
9 En Amrica Latina en el 2004, el 14% de la poblacin urbana (60 millones de personas) y el 51% de la poblacin rural (65 millones de personas) carecan de sistemas de saneamiento
9 El ao 2008 ha sido declarado por las naciones Unidas como el ao internacional del saneamiento
9 La meta del milenio, busca reducir a la mitad el nmero de habitantes sin acceso al saneamiento bsico para el ao 2015
Disposicin urbana de aguas residuales en Amrica Latina (1998)
Disposicin in situDisposicin in situ 27%27%Alcantarillado ( 600 mAlcantarillado ( 600 m33/s)/s) 63%63%Sin servicio 10%Sin servicio 10%
Agua residual tratada 14%Agua residual tratada 14%(con tratamiento aceptable 6%)(con tratamiento aceptable 6%)
86%86%sinsin
tratamientotratamiento516 m516 m33/s/s
600 m600 m33/s/s
ros, ros, agricultura y agricultura y
maresmaresOPS, 2001
BALANCE EN LA PRODUCCIN DE AGUAS RESIDUALES MUNCIPALES EN COLOMBIA
20% conducidas a PTARs.
8% efectivamente tratadoPRODUCCIN DIARIA DE
AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS
SEIS (6) MILLONES DE M3.
PRODUCCIN DIARIA DEPRODUCCIN DIARIA DEAGUAS RESIDUALES DOMESTICASAGUAS RESIDUALES DOMESTICAS
SEIS (6) MILLONES DE MSEIS (6) MILLONES DE M33.. 80% vertidos sin tratamiento al suelo, ros, quebradas, lagos y el mar.
Fuente: MAVDT
Esquema de uso tradicional del agua en Amrica Latina
Recurso hdricoRecurso hdrico
AguasResiduales
CEPIS/OPS
AGROAGRO CIUDADCIUDAD
Esquema tendencia actual en Amrica Latina
CIUDADCIUDAD
AguasAguasResidualesResiduales
Recurso hdrico
Reuso
AGROAGRO
TRATAMIENTO ADECUADOTRATAMIENTO ADECUADOCEPIS/OPS
2.1. Introduccin
2.1.2 Objetivos y gradualidad del tratamiento
PROPOSITOS DEL TRATAMIENTO
Dependen del destino final y pueden ser, bsicamente:
9 Separar o remover del vertimiento los constituyentes indeseables
9 Modificar las propiedades fisicoqumicas o biolgicas del residuo con el fin de alcanzar niveles compatibles con los requerimientos de la descarga
GRADUALIDAD
Dentro de una concepcin racional del tratamiento es lgico contemplar un proceso de gradualidad en la implementacin de las soluciones (etapas):
Inicialmente podra considerarse:
- Acondicionamiento- Remocin de Slidos Suspendidos- Remocin de DBO soluble- Remocin de patgenos
GRADUALIDAD
Posteriormente:- Remocin de Nitrgeno- Remocin de fsforo
Finalmente:- Remocin de metales pesados- Remocin de sustancias refractarias- Remocin de otras sustancias disueltas
2.2. Clasificacin de los sistemas de tratamiento
2.2.1 Criterios de seleccin
Criterios de seleccin
Para la seleccin de los procesos de tratamiento es necesario observar las siguientes consideraciones:
9 Caractersticas del agua a tratar9 Grado de tratamiento requerido segn el destino final9 Disponibilidad de espacio9 Costos: Capital y O & M
2.2. Clasificacin de los sistemas de tratamiento
2.2.2 Tipos de tratamiento
Clasificacin por el tipo de proceso
En general, los procesos de tratamiento estn categorizados como transporte de momento, masa o calor o una combinacin de los mismos. Por esa razn se clasifican en:
Procesos Fsicos
Procesos Fsicos
Procesos QumicosProcesos Qumicos
Procesos BiolgicosProcesos Biolgicos
Clasificacin por el grado de tratamiento
En atencin a un orden de gradualidad, un proceso de tratamiento se puede implementar secuencialmente de la siguiente manera:
PreliminarPreliminarPreliminar
E = 5% PrimarioPrimarioPrimario
SecundarioSecundarioSecundarioE = 30 50%%
Terciario o avanzado
Terciario o Terciario o avanzadoavanzado
E = 80 95%%
2.3. Tratamientos preliminares
2.3.1 Cribado
Cribado Funcin y caractersticas
Rejas o rejillas de barras metlicas paralelas e igualmente espaciadas
Su funcin es retener slidos gruesos que floten o que se encuentren suspendidos en el agua
Pueden ser de limpieza manual (gruesas) o de limpieza mecnica (finas)
Fuente: COMARCO
Cribado Especificaciones de las rejas
TIPO DE REJATIPO DE REJA ESPACIAMIENTO ENTRE ESPACIAMIENTO ENTRE BARRAS (m.m.)BARRAS (m.m.)
GruesaGruesa 40 hasta 10040 hasta 100
MediaMedia 20 hasta 4020 hasta 40
FinaFina 10 hasta 2010 hasta 20
Muy fina (rotatoria)Muy fina (rotatoria) 0,25 hasta 2,50,25 hasta 2,5
C A R A C TER S T IC A S D E L IM P IE ZA M A N U A L D E L IM P IE ZA
M EC N IC A Espacia m iento entre barras de la rejilla (m m )
15 - 50 3 - 70
V elocidad m nim a de aproxim acin (m /s) 0 .3 0 .6 0 .3 0 .9
V elocidad m nim a en tre barras (m /s)
0 .3 0 .6 0 .3 1 .2
Fuente : M inisterio de D esarrollo
2.3. Tratamientos preliminares
2.3.2 Desarenadores
Desarenadores Caractersticas y funcin
Estructuras destinadas a remover arenas y otros guijarros presentes en las aguas residuales
Los desarenadores pueden ser rectangulares o circulares; de flujo horizontal o helicoidal; aireados o no; de limpieza manual o mecnica
Foto: PTAR Breda, Holanda
Tienen como funcin prevenir la abrasin de equipos mecnicos, evitar la sedimentacin de arenas en tuberas, canales y tanques ubicados aguas abajo
Foto: PTAR El Salitre, Bogot - Colombia
Desarenadores Especificaciones
Parmetros de diseo para desarenadores rectangulares de flujo horizontal
FUENTE: CRITES Y TCHOBANOGLOUS (2000)
3025 - 50%Longitud adicional por aumento en turbulencia a la entrada y la salida
0,750,60 - 0,90m/s- Material tamiz # 100 (0,15 mm)
2,92,80 - 3,10m/s- Material tamiz # 50 (0,30 mm)
Velocidad de sedimentacin para remover:
0,30,24 - 0,40m/sVelocidad horizontal
6045 - 90sTiempo de retencin hidrulico
TIPICOINTERVALO
VALORUNIDADPARMETRO
Desarenadores Especificaciones
Parmetros de diseo para desarenadores aireados
TIPICOINTERVALO
FUENTE: CRITES Y TCHOBANOGLOUS (2000)
0,460,28 - 0,74m3/min*mSuministro de aire por m de longitud
4:13:1 a 5:1RaznRelacin largo - ancho
1,5:11:1 a 5:1RaznRelacin ancho - profundidad
3,72,4 - 7,0m- Ancho
12,27,6 - 19,8m- Longitud
3,02,1 - 4,9m- Profundidad
Dimensiones:
3,02 - 3minTiempo de retencin para caudal pico
VALORUNIDADPARMETRO
2.3. Tratamientos preliminares
2.3.3 Homogenizacin (igualacin)
Homogenizacin Funcin
Son tanques que sirven para regular o disminuir los efectos de la variacin del flujo o de la concentracin de las aguas residuales
Estos tanques son indispensables en el tratamiento de las aguas residuales industriales y a veces se utilizan en las instalaciones municipales
Un tanque de igualacin es un depsito de cualquier forma con capacidad suficiente para contener el flujo de agua que sobrepasa un determinado valor.
El procedimiento de calculo se basa en establecer un balance de masa a intervalos regulares de tiempo
Fuente: Toprak
2.4. Tratamientos primarios
2.4.1 Sedimentacin
Sedimentacin Primaria Funcin y caractersticas
La sedimentacin es un proceso fsico que aprovecha la diferencia de densidad y peso entre el lquido y las partculas suspendidas
Los slidos, ms pesados que el agua, precipitan producindose su separacin del lquido
La sedimentacin primaria aplica para partculas floculentas (con o sin coagulacin previa)
Los sedimentadores pueden ser circulares o rectangulares
Sedimentadores Primarios Criterios
Parmetros de diseo para sedimentadores rectangulares
TIPO DE TIPO DE TRATAMIENTOTRATAMIENTO
CARGA SUPERFICIAL, CARGA SUPERFICIAL, m/dm/d ProfundidadProfundidad
(m)(m)
Carga sobre Carga sobre el vertedero el vertedero
(L/s.m)(L/s.m)
Tiempo de Tiempo de retenciretencinn
(h)(h)
% de remoci% de remocinn
Caudal Caudal promediopromedio Caudal picoCaudal pico DBODBO SSSS
Primario seguido de Primario seguido de tratamiento tratamiento secundariosecundario
3232--4949 8181--122122 33--55 1,4 1,4 -- 5,85,8 1,51,5--2,52,5 3535-- 4545 5050--7070
Primario con lodo Primario con lodo activado de desechoactivado de desecho 24 24 3333 48 48 -- 7070 3 3 -- 55 1,4 1,4 5,85,8 1,51,5--2,52,5 3535--4545 5050--7070
PrimarioPrimario 24 24 -- 3333 4545 2,1 2,1 -- 3,63,6 1,4 1,4 -- 5,25,2 1 1 -- 22 35 35 -- 4040 50 50 -- 7070
Fuente: Romero, 2005
2.4. Tratamientos primarios
2.4.2 Flotacin
Flotacin Funcin y caractersticas
Es un proceso utilizado para la separacin de partculas slidas o lquidas en un medio lquido
En el tratamiento de las aguas residuales se utiliza para remover aceites y grasas y tambin para aglutinar slidos suspendidosLa separacin se consigue por flotacin simple o introduciendo
burbujas muy finas de aire en la masa lquida para que arrastren las partculas suspendidas hacia la superficie (DAF)
Flotacin con recirculacinFuente: FAO
Flotacin sin recirculacin
La flotacin con aire se puede aplicar con o sin recirculacin
Flotacin DAF Parmetros de diseo
9Sistema de presin: 3 a 5 atm
9Caudal de recirculacin: 15 120%
9Carga superficial: 60 230 m3/m2.d
9Tiempo de retencin: 20 40 minutos
9Relacin aire/slidos: 0.005 0.08 kg/kg
2.5. Tratamientos secundarios
2.5.1 Sistemas de biomasa en suspensin Lodos activados
Lodos activados Caractersticas
Desarrollado por Ardern y lockett en Inglaterra en 1914
El nombre del proceso se deriva de la formacin de una masa de microorganismosactivos capaz de estabilizar un desecho orgnico bajo condiciones aerobias Esquema bsico reactor - sedimentador
El ambiente aerobio se logra mediante aireacin difusa o mecnica en un tanque de aireacin
Fuente: Toprak
Despus de tratado el residuo en el tanque de aireacin, la biomasa es separada en un sedimentador secundario. Parte de la misma se recircula al reactor
Lodos activados Tanque de aireacin
Aireacin difusa Aireacin mecnica
Variantes del proceso y sus aplicaciones
Bajo en nitrgeno, residuos de elevada concentracinProceso Kraus
Pequeas comunidades, plantas compactas, flexible, aereadores superficiales
Aereacin Extendida
Ampliacin de sistemas existentes, Plantas compactas, flexible
Estabilizacin por Contacto
Aplicacin general para un amplio rango de desechosAireacin por Pasos
Aplicacin general, resistente a cargas de choqueMezcla Completa
Aguas residuales domsticas de baja o media concentracin, admite cargas de choque, aunque con algunas restricciones.
Convencional
APLICACIONMODALIDAD
Parmetros de diseo (tpicos)
75 - 15018-363.0 6.00.01 0.050.05 0.3010 - 30Zanjas de oxidacin
50 - 15018-363.0 6.00.01 0.040.05 0.1520 - 30Aireacin extendida
25 - 1003 - 52.5 4.00.07 0.180.2 0.65 - 15Mezcla completa
25 - 754 - 81.5 3.00.03 0.060.2 0.45 - 15Convencional
R[%]
[h]
X[g/l SSV]
COV[kg DBO/m3.d ]
F/M[kg DBO/kg SVLM.d]
c[ d ]
PROCESOVARIANTE
Convenciones:
Edad de lodos: c ; F/M: Relacin Alimento/Microorganismos Carga Orgnica Volumtrica: COV ; X = SSVLM (slidos suspendidos en licor mezclado
Tiempo de Retencin Hidrulico: ; Tasa de Recirculacin (%): R
Diagrama bsico de una planta convencional de lodos activados
MANEJO DE SLIDOS
7
TRATAMIENTOSECUNDARIO
TRATAMIENTOPRELIMINAR
TRATAMIENTOPRIMARIO
Basuras
Recuperacinde Energa
Gas Metano
I
n
f
l
u
e
n
t
e
I
n
t
e
r
c
e
p
t
o
r
E
f
l
u
e
n
t
e
R
o
M
e
d
e
l
l
n
Espesamiento
Deshidratacin
Bioslid os
Rejas Bomb eo Desa renad orSedimentador
Pr imarioTanques deAireacin
SedimentadorSecundario
DigestorAnaerbico
LodosA ctivados
Lnea de A guasLnea de LodosBasuras
Procesos biol gicosInhibidos por t xicos
Retorno de Lodos
Fuente EPM, PTAR San Fernando
2.5. Tratamientos secundarios
2.5.2 Sistemas de biomasa adherida
Sistemas de biomasa adherida -fundamentos
En los sistemas de tratamiento con biomasa adherida los microorganismos se encuentran pegados a un medio de soporte que puede ser de plstico, piedra o cualquier otro material inerte
Diferentes medios
Dependiendo de las condiciones ambientales que rodean el medio de soporte, los sistemas de biomasa adherida pueden ser aerobios o anaerobios
Sistemas de biomasa adherida Ejemplos de aplicacin
Filtro percolador
Fuente: IWKBiorotores o biodiscos
Filtros percoladores Parmetros de diseo
10 - 200 - 240 - 70Piedra o plstico
> 1.540 - 2000.9 6.0Desbaste
6 101 260 90Plstico0.6 3.210 753.0 - 12Alta carga
6 101 250 90Piedra0.4 2.410 401.8 2.4Alta carga
2 80 - 150 80Piedra0.24 0.484 - 101.8 2.4Carga intermedia
2 4080 90Piedra0.07 0.221 - 41.8 - 2.4Baja carga
POTENCIAKw/103 m3
REFICIENCIARemocinDBO (% )
TIPO DE RELLENO
CARGAORGANICA
kg DBO/m3.d
CARGA HIDRAULICA
m3/m2.d
H(m)
TIPO
Fuente: Metcalf & Eddy
Biorotores Parmetros de diseo
< 2mg/LEfluente NH4-N
7 1515 - 30mg/LEfuente de DBO
1.5 40.7 1.5hTRH
0.75 1.5g N/m2.dCarga de NH3
24 3024 30g DBOt/m2.d
12 1512 15g DBOs/m2.dCarga mxima en la 1 etapa
5 168 20g DBOt/m2.d
2.5 84 10g DBOs/m2.dCarga orgnica
0.03 0.080.08 0.16m3/m2.dCarga hidrulica
REMOCION DE DBO Y NITROGENO
REMOCION DE DBO UNICAMENTE
UNIDADPARAMETRO
2.6. Tratamiento de lodos
2.5.2 Origen y caractersticas
Generacin de lodos
Generacin de lodos en una planta convencional
Los lodos son un subproducto del tratamiento de las aguas residuales. Puede ser primario, secundario o digerido
Las caractersticas de los lodos varan con la composicin del agua residual y con el tipo de tratamiento
Fuente: Toprak
Composicin tpica de los lodos
PARAMETRO
LODO PRIMARIOSIN TRATAR
LODO PRIMARIODIGERIDO
LODO ACTIVADOSIN TRATAR
Rango Tpico Rango Tpico Rango
ST, % (materia seca) 5 - 9 6 2 - 5 4.0 0.8 - 1.2
STV, % de ST 60 - 80 65 30 - 60 40 59 - 88
Nitrgeno, % de ST 1.5 4.0 2.5 1.6 3.0 3.0 2.4 5.0
Fsforo, % ST (P2O5) 0.8 2.8 1.6 1.5 - 4.0 2.5 2.8 11
Alcalinidad (mg/L CaCO3) 500-1500 600 2500-3500 3000 580 - 1100
Fuente: Metcalf & Eddy
Esquema bsico de tratamiento de lodos
ESPESAMIENTO
DIGESTIN DIGESTIN AEROBIA ANAEROBIA
ACONDICIONAMIENTOQUIMICO
DESHIDRATACIN
ERAS DE FILTROS CENTRIFUGA FILTROS FILTROS SECADO DE VACO PRENSA BANDA
EVACUACINDISPOSICIN FINAL
Tratamiento de lodos
Tanque de espesamiento por gravedad Digestores PTAR El Salitre
Deshidratacin (filtro prensa) Lechos de secado de lodos
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS E INDUSTRIALESCONTENIDO2.1. IntroduccinPOBREZA URBANA Y SANEAMIENTODiagnstico (Fuente: Latinosan 2007)Disposicin urbana de aguas residuales en Amrica Latina (1998)BALANCE EN LA PRODUCCIN DE AGUAS RESIDUALES MUNCIPALES EN COLOMBIAEsquema de uso tradicional del agua en Amrica LatinaEsquema tendencia actual en Amrica Latina2.1. IntroduccinPROPOSITOS DEL TRATAMIENTOGRADUALIDADGRADUALIDAD2.2. Clasificacin de los sistemas de tratamientoCriterios de seleccin2.2. Clasificacin de los sistemas de tratamientoClasificacin por el tipo de procesoClasificacin por el grado de tratamiento2.3. Tratamientos preliminaresCribado Funcin y caractersticasCribado Especificaciones de las rejas2.3. Tratamientos preliminaresDesarenadores Caractersticas y funcinDesarenadores EspecificacionesDesarenadores Especificaciones2.3. Tratamientos preliminaresHomogenizacin Funcin2.4. Tratamientos primariosSedimentacin Primaria Funcin y caractersticasSedimentadores Primarios Criterios2.4. Tratamientos primariosFlotacin Funcin y caractersticasFlotacin DAF Parmetros de diseo2.5. Tratamientos secundariosLodos activados CaractersticasLodos activados Tanque de aireacinVariantes del proceso y sus aplicacionesParmetros de diseo (tpicos)Diagrama bsico de una planta convencional de lodos activados2.5. Tratamientos secundariosSistemas de biomasa adherida - fundamentosSistemas de biomasa adherida Ejemplos de aplicacinFiltros percoladores Parmetros de diseoBiorotores Parmetros de diseo2.6. Tratamiento de lodosGeneracin de lodosComposicin tpica de los lodosEsquema bsico de tratamiento de lodosTratamiento de lodos
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